SUPERVISOR
Abdolreza Kabiri,Mohamadnavid Moghim
عبدالرضا کبیری سامانی (استاد راهنما) محمدنوید مقیم (استاد راهنما)
STUDENT
Homa Qandari
هما قندری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Hydraulics of flow at netting drop-type dissipators using an upstream contraction transition with subcritical flow
To optimize the volume of excavation, while designing an open channel, the channel bed lope may be the same as or greater or less than that of the atural ground. While the natural ground slope is greater than the required channel bed slope, being too steep, drop structures would balance the difference between these two slopes. Applying the drop structures, flow accelerates, leading to an increase in the flow kinetic energy. This excess flow kinetic energy is destructive, causing the bed erosion and damaging the downstream hydraulic structures. In the present study, applying a grid drop-type dissipater and a contraction transition over the brink of a vertical drop, flow hydraulic characteristic as well as the energy dissipation were investigated and compared with those of a simple vertical drop, vertical drop equipped with a contraction transition, and a grid drop-type dissipater without a transition. This study subjects to change the flow hydraulic aspects to increase the energy dissipation tendency, to decrease the length of the downstream basin and to improve the natural aeration of the flow downstream of the vertical drops, using grid drop-type dissipaters combined with the contraction transitions. Extensive experiments were performed, applying three different drops, four grid dissipaters and eight contraction transitions with the upstream approach subcritical flow. To estimate the hydraulic parameters including the brink depth, wetted length of the grid dissipater, the downstream pool depth and length, the distance between the drop base and the impact section and the energy dissipation, several empirical equations were developed based on the measured data. Results indicate that simultaneous use of a contraction transition and a grid dissipater over the brink of a vertical drop, leads to increase the mixing length and natural aeration and decrease the wetted length of the grid dissipater and downstream pool depth and length. The basin length and the energy dissipation tendency of a grid drop-type dissipater equipped with a contraction transitions are the same as those of the grid drop-type dissipaters without a transition. Therefore, applying a contraction transition does not significantly affect the basin length and energy dissipation tendency. Key Words : Vertical drop, Grid drop-type dissipater, Contraction transition, Flow hydraulics, Energy dissipation.
در طراحی کانال‌های باز جهت بهینه‌سازی حجم عملیات خاکی، معمولاً بهگونه‌ای عمل میشود، که شیب کانال با شیب طبیعی زمین متعادل گردد. چنانچه در بعضی از موارد شیب طبیعی زمین از شیب لازم برای کف کانال تندتر باشد، برای انتقال آب از سطوح بالاتر به سطوح پایینتر از شیب‌شکن استفاده میشود. سرعت جریان پس از عبور از شیب‌شکن افزایش یافته و جریان، انرژی جنبشی زیادی را حمل خواهد کرد. این انرژی جنبشی زیاد، مخرب بوده و باعث فرسایش بستر، آبشستگی و تخریب سازه‌های پاییندست میشود. در تحقیق حاضر با قرار دادن مستهلک‌کننده‌های شبکه‌ای و تبدیل همگرا بر لبه شیب‌شکن قائم، میزان استهلاک انرژی و ویژگیهای هیدرولیکی جریان در پاییندست شیب‌شکن قائم در مقایسه با شیب‌شکن ساده، شیب‌شکن با تبدیل در لبه و شیب‌شکن با مستهلک‌کننده شبکه‌ای تنها، بررسی و میزان بهبود راندمان سیستم در اثر حضور این سازه‌ها، بهصورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از استفاده از مستهلک‌کننده شبکه‌ای و تبدیل همگرا بر لبه شیب‌شکن قائم، تغییر ساختار جریان، استهلاک بیشتر انرژی، کاهش طول حوضچه و هوادهی طبیعی حوضچه پاییندست است. آزمایش‌ها بر روی سه شیب‌شکن با ارتفاعهای مختلف با استفاده از هشت تبدیل همگرا و چهار مستهلک‌کننده شبکه‌ای با ابعاد مختلف در محدوده نسبت عمق بحرانی به ارتفاع شیب‌شکن ( Y C / h ) 15/0 تا 5/0 با جریان زیربحرانی در بالادست، انجام شدهاند. با استفاده از نتایج آزمایشگاهی، روابطی تجربی برای تخمین پارامترهای هیدرولیکی جریان مانند عمق لبه، طول خیس‌شدگی مستهلک‌کننده، عمق و طول گرداب پای شیب‌شکن، طول حوضچه و افت انرژی پیشنهاد شده است. استفاده از تبدیل بر لبه شیب‌شکن با مستهلک‌کننده شبکه‌ای باعث افزایش عمق در لبه، کاهش میزان طول خیس‌شدگی مستهلک‌کننده شبکه‌ای، کاهش عمق و طول گرداب پای شیب‌شکن، افزایش هوادهی گرداب پای شیب‌شکن و افزایش طول اختلاط آب و هوا در پای شیب‌شکن شده است. طول حوضچه شیب‌شکن و میزان استهلاک انرژی در شیب‌شکن با مستهلک‌کننده شبکه‌ای و تبدیل همگرا تقریباً برابر با طول حوضچه و میزان استهلاک انرژی در شیب‌شکن با مستهلک‌کننده شبکه‌ای تنها است. لذا استفاده از تبدیل تأثیر زیادی بر کاهش طول حوضچه و یا افزایش میزان استهلاک انرژی نداشته است. کلمات کلیدی: شیب‌شکن قائم، مستهلک‌کننده شبکه‌ای، تبدیل همگرا، هیدرولیک جریان، استهلاک انرژی در طراحی کانال‌های باز جهت بهینه‌سازی حجم عملیات خاکی، معمولاً بهگونه‌ای عمل میشود، که شیب کانال با شیب طبیعی زمین متعادل گردد. چنانچه در بعضی از موارد شیب طبیعی زمین از شیب لازم برای کف کانال تندتر باشد، برای انتقال آب از سطوح بالاتر به سطوح پایینتر از شیب‌شکن استفاده میشود. سرعت جریان پس از عبور از شیب‌شکن افزایش یافته و جریان، انرژی جنبشی زیادی را حمل خواهد کرد. این انرژی جنبشی زیاد، مخرب بوده و باعث فرسایش بستر، آبشستگی و تخریب سازه‌های پاییندست میشود. در این تحقیق با قرار دادن مستهلک‌کننده‌های شبکه‌ای به همراه تبدیل همگرا بر لبه شیب‌شکن قائم، میزان استهلاک انرژی و ویژگیهای هیدرولیکی جریان ایجاد شده در پاییندست شیب‌شکن قائم در مقایسه با شیب‌شکن ساده، شیب‌شکن با تبدیل در لبه و شیب‌شکن با مستهلک‌کننده شبکه‌ای تنها، بررسی و میزان بهبود راندمان سیستم در اثر حضور این سازه‌ها، بهصورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از استفاده از مستهلک‌کننده شبکه‌ای و تبدیل همگرا بر لبه شیب‌شکن قائم، تغییر ساختار جریان، استهلاک بیشتر انرژی، کاهش طول حوضچه و هوادهی طبیعی بیشتر حوضچه پاییندست است. آزمایش‌ها بر روی سه شیب‌شکن با ارتفاعهای مختلف با استفاده از هشت تبدیل همگرا و چهار مستهلک‌کننده شبکه‌ای با ابعاد مختلف در محدوده نسبت عمق بحرانی به ارتفاع شیب‌شکن 15/0 تا 5/0 انجام شدهاند. با استفاده از نتایج آزمایشگاهی، روابطی تجربی برای تخمین پارامترهای هیدرولیکی جریان مانند عمق لبه، طول خیس‌شدگی مستهلک‌کننده، عمق و طول گرداب پای شیب‌شکن، طول حوضچه و افت انرژی پیشنهاد شده است. استفاده از تبدیل بر لبه شیب‌شکن با مستهلک‌کننده شبکه‌ای باعث افزایش عمق در لبه، کاهش میزان طول خیس‌شدگی مستهلک‌کننده شبکه‌ای، کاهش عمق و طول گرداب پای شیب‌شکن، افزایش هوادهی گرداب پای شیب‌شکن و افزایش طول اختلاط شده است. طول حوضچه شیب‌شکن و میزان استهلاک انرژی در شیب‌شکن با مستهلک‌کننده شبکه‌ای و تبدیل همگرا تقریباً برابر با طول حوضچه و میزان استهلاک انرژی در شیب‌شکن با مستهلک‌کننده شبکه‌ای تنها است. لذا استفاده از تبدیل تأثیر زیادی بر کاهش طول حوضچه و یا افزایش میزان استهلاک انرژی نداشته است. کلمات کلیدی: شیب‌شکن قائم، مستهلک‌کننده‌ی شبکه‌ای، تبدیل همگرا، پارمترهای هیدرولیکی، استهلاک انرژی